4路基稳定性分析计算

❖ Hc——容许填土的临界高度； ❖ c ——软土的快剪粘结力； ❖ γ ——填土的容重； ❖ Nw——稳定因数，其值与路堤坡角及深度因素λ=（d+H）/H有关。如后图
临 界 高 度 的 计 算
图4－18 α与γH/c及λ关系图
2、路基稳定性的计算方法
❖ 1）总应力法：地基抗剪强度采用总强度(天然十字板快剪强 度)，或采用直剪快剪指标。（快速施工瞬时加载情况）
多层土体：加权平均法
边坡取值： ❖ 可取综合坡度值，也可用坡顶与坡脚连线近似表达。
❖ 荷载当量高度
❖ 在边坡稳定性分析时，将车辆按最不利情况排 列，将车辆的设计荷载换算成当量土柱高(即以相等 压力的土层厚度来代替荷载)，以h0表示。
NQ h0 = BL
B=Nb+(N-1)m+d
d
m
d
❖ 1）基本假定
❖ 适用于边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹 没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶 形的粘性土的路堤与路堑。
❖ 2、分析方法 ❖ 圆弧滑动面的条分法（瑞典法） ❖ 简化的Bishop法 ❖ 传递系数法
3 圆弧滑动面的条分法（瑞典法）
1） 假定 ❖ 假定土为均质和各向同性； ❖ 滑动面通过坡脚； ❖ 不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响，
第四章 路基稳定性分析计算
主要内容
❖ 第一节 概述 ❖ 第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析 ❖ 第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 ❖ 第四节 软土地基的路基稳定性分析 ❖ 第五节 浸水路堤的稳定性分析 ❖ 第六节 路基边坡抗震稳定性分析
第一节 概述
❖ 1、边坡种类：天然边坡、人工边坡。
❖ 边坡：具有倾斜坡面的岩土体。 ❖ 土坡：具有倾斜坡面的土体。
入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解， 土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及 孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力， 促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因，采用 相应的排水措施。 （2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易 发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从 而降低土的抗剪强度；车辆运动、施工打桩或爆破， 由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。 （3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开 挖坡脚；或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆 在坡顶附近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引 起斜坡变形破坏。
❖ ③判断稳定性：En≤0，整个土坡稳定；
❖
En＞0，应采取稳定或加固措施。
5）、圆弧滑动面的图表法及解析法
1）表解法和图解法 主要是对条分法进行简化后的粗略估算。不计行车
荷载，圆心位置用36度法确定。 表解法见P78（4-9）和图解法P79(4-10)式。
2）解析法 针对高塑性土（φ=0，坡顶为水平面且不计行车荷
第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析 ❖ 1、适用范围 ❖ 直线法适用于砂土和砂性土（两者合称砂
类土），土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力 甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。
直线滑动面示意图 a)高路堤 b)深路堑 c)陡坡路堤
2、试算法
下滑力： T = Q sin ω 抗滑力： R = Q cos ω tg+ cL
❖ 可以求固结过程中任意时刻已知固结度的安全系数， 但本身不计算固结度，只是将其作为已知条件。
❖ 安全系数为：
K = (Si +ΔS ) + (S j + Pj )
PT
ΔSi = W1iUi cosαi tanφgi
第五节 浸水路堤的稳定性分析
❖ ◆1、浸水路堤及水的浸润曲线
❖ 浸水路堤：指受到季节性或长期浸水的沿河路堤、 河滩路堤等。
土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线 方向平行。
2） 基本原理 ❖ 将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一
土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动 土体的稳定性。 ❖ 圆弧法的计算精度主要与分段数有关。分段愈多则计算结果 愈精确，一般分8～10段。 ❖ 小段的划分，还可结合横断面特性，如划分在边坡或地面坡 度变化之处，以便简化计算。
大，边坡容易失稳。
4）动水压力的计算
D＝IΩBγ0
❖ D——作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力，kN/m； ❖ I——渗流水力坡降（取用浸润曲线的平均坡降）； ❖ ΩB——浸润曲线与滑动弧之间的面积，m2； ❖ γ0——水的容重，kN/m3
4、渗水路堤的边坡稳定性计算方法
1）假想摩擦角法
❖ 基本点：适当改变填料的内摩擦角，利用非浸 水时的常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。 （只适用于全浸水路堤）
3）条分法
❖ 与非浸水路堤的条分法基本相 同。
❖ 分干燥与浸水两部分。
重力：Qi＝Filγ干+ Fi2γw 法向力：Ni＝Qicosαi 切向力：Ti＝Qisinαi 摩擦力： Nifx 粘聚力：cxli 动水压力：D=F2γ0I ❖ 浸水路堤的边坡稳定系数：
5、假定
①不考虑滑动土体本身内应力分布；
②认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动时成整体下滑；
③最危险的破裂面位置通过试算确定。
2）滑动面的形状
6、土坡稳定性分析方法
1）按失稳土体的滑动面特征划分： ❖ 直线 ❖ 曲线 ❖ 折线
2）稳定性分析计算方法：
❖ 工程地质法（比拟法） ❖ 力学分析法 ❖ 图解法
tanφB
=
QB Q
tanφ同一滑动体γγB
tanφ
适用于粗略估算参考。
2）悬浮法
❖ 基本点：假想用水的浮力
作用间接抵消动水压力对
边坡的影响，即在计算抗
‘
滑力矩中，用降低后的内
摩擦角反应浮力的影响，
而在计算滑动力矩中，不
考虑浮力作用，滑动力矩
没有减小，用以抵偿动水
压力的不利。
扣除浮力
（4－25）
适用于方案比较时估算参考。
❖ 天然边坡：江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡
❖ 人工边坡：挖方：沟、渠、坑、池 填方：堤、坝、路基、堆料
2、什么是滑坡?
❖ 边坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对 与另一部分土体滑动的现象称滑坡。
❖ 土坡滑坡前征兆：坡顶下沉并出现裂缝， 坡脚隆起。
3、路基失稳的原因
❖ 内部原因
（1）土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的， 如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使 原来的强度降低很多。
滑动面为折线或其它形状的边坡稳定性验算
原地面为折线形的陡坡上的路堤
层状构造岩土层路基边坡 滑坡
滑动面已知
剩余下滑力：
抗滑力
滑动力
稳定系数
❖ 验算方法：
❖ ①按地面变坡点将滑动面上土体垂直划分 为若干条块；
❖ 验算方法： ②自上而下分别计算各土块的剩余下滑力；
❖ 验算方法： 第n块土块的剩余下滑力；
❖ 浸水路堤的水的浸润曲线
由于土体内渗水速度远慢于河水，因此，当堤外水位升 高时，堤内水位的比降曲线（即浸润线）成凹形，当堤 外水位下降时，堤内水位的比降曲线成凸形。
双侧渗水路堤水位变化示意图
单侧渗水路堤水位变化示意图
2、渗透动水压力对浸水路堤的作用
❖ 水位急速上升时，浸水路堤的浸润曲线下凹，土体除承受竖 向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，作用方向指 向土体内部，有利于土体稳定，经过一定时间的渗透，土体 内水位趋于平衡，不再存在渗透动水压力。
3、渗透动水压力对浸水路堤的作用
❖ 1）浸水路堤的受力：自重、行车荷载、浮力 渗透 动水压力。
❖ 2）浸水路堤的不利时刻：涨水？、落水？。
❖ 3）土的渗透性：由于土中含有空隙，在水位变化 过程中伴有土中含水量的变化。
对砂性土——渗透性好，动水压力较小； 对黏性土——渗透性不好，动水压力也不大； 对亚砂土、亚黏土——具有一定的渗透性，动水压力较
3、路基失稳的原因
❖ 根本原因: 边坡中土体内部某个面上的剪应力 达到了它的抗剪强度。
❖ 具体原因： （1）滑面上的剪应力增加； （2）滑面上的抗剪强度减小。
4、边坡稳定性分析的计算参数 土的计算参数：
❖ 容重γ(kN/m3)
❖ 内摩擦角φ(°)
❖ 粘聚力c(kPa)
❖ 路堑或天然边坡：原状土； ❖ 路堤边坡：与现场压实度一致的压实土的试验数据。
❖ 软土分布：沿海地区、内陆湖泊和河流谷地 分布着大量淤泥、淤泥质粘土等软土。
❖ 软土分类：
河海沉积
湖泊沉积
江滩沉积 沼泽沉积
软土地段高填方路基
主要病害
❖ 在软土地基上修建高速公路会遇到
路基不稳定
沉降过大 不均匀沉降等问题
❖ 且工程性质恶劣，尤其在振动荷载的作用下， 易产生侧向滑移及蠕变，对路基、构筑物的 影响较大。
3）确定圆心辅助线
4.5H法
36°法
4）条分法基本步骤
Θi有正负之分
θi y
瑞典圆弧滑动条分法总示意图
(式4-8)
Ti＝Qisinαi,有正负之分，αi=arcsin(xi/R), y轴之右侧取正值， 左侧取负值。
条分法是一种试算法，应选取不同圆心 位置和不同半径进行计算，求最小的安全系 数。
T
Q sin
tan
3.解析法
直线破裂的路堑或已知破裂面需要反求边坡的情况分析
K = FR = Q cos tan + cL
T
Q sin
= ( f + a) cot + a cot(α－ω)
Kmin = (2a + f )cotα + 2 a( f + a) ccosscα C
f——土体内摩擦系数， f = tan
❖ 水位骤然下降时，浸水路堤的浸润曲线上凸，渗透动水压力 的作用方向指向土体外，这将剧烈破坏路堤边坡的稳定性， 并可能产生边坡凸起和滑坡，不利于土体稳定，但经过一定 时间的渗透，土体内水位也会趋于平衡，不再存在渗透动水 压力。